Universidade Federal do Rio Grande do Sul
Instituto de Física
Departamento de Astronomia
A fonte de energia das galáxias ativas
Rogério Riffel
[email protected]
Núcleo Ativo de Galáxia (AGN)
São galáxias que emitem uma enorme quantidade de energia com
espectro não térmico. Ou seja, a radiação proveniente do um
AGN não pode ser explicada apenas por processos térmicos
gerados no interior das estrelas.
Principais características:
Alta luminosidade (maior do que 1011 L );
Contínuo dominado por emissão não térmica – Radio-Raio ;
Variabilidade rápida (dias/horas);
Alto contraste de brilho entre o núcleo ativo e a galáxia
hospedeira;
Linhas de emissão intensas, muito largas em alguns casos.
TIPOS DE AGNs
Classificadas de acordo com sua aparência e natureza da
radiação emitida.
Galáxias Seyfert (Carl Seyfert – 1943): Apresentam um
núcleo ativo muito brilhante . A energia emitida pelo núcleo é
várias vezes maior que energia da galáxia hospedeira.
A velocidade de rotação do gás varia de:
1000 e 10000 km/s Seyfert 1 – Linhas largas
200 e 1000 km/s Seyfert 2 – Linhas estreitas
NGC 7469
NGC 2110
Galáxias Seyfert
Galáxias Seyfert 1
Galáxias Ativas
Quasares: Foram descobertos como sendo fontes de
aparência estelar (na banda ótica) porém com emissão
muito intensa na banda de rádiofreqüências (z até 6.5).
3C175
Objetos BL Lacs: Estes objetos apresentam alta polarização
da radiação emitida nas banda ótica e rádio.
Quasares
Radiogaláxias: São radiofontes muito intensas, nas quais
o meio galáctico pode ser distinguido do núcleo.
3C219
LINER: São galáxias com o núcleo ativo e de baixa
ionização.
Centaurs A
Lenticular
14 Milhões anos luz;
É uma das rádio
galáxias mais próxima.
Modelo Unificado de AGNs
NGC 4151  T exp.
Massa da fonte Central – Primeira estimativa
Os núcleos das galáxias Seyfert não podem ser
maiores que 100 pc pois eles parecem como fontes
pontuais no optico (1959 – Woltjer);
Massa da fonte Central
 Considerando r = 100 pc e v =1000 km/s (FWHM);
Implicações
Enorme concentração de massa na região central
(1010 M sol);
 ou r é muito menor, o que implica em uma enorme
densidade de energia dentro do AGN
BURACOS NEGROS
GMm
• Força gravitacional: F
2
R
2
mv
esc
GMm 2 2
• Velocidade de escape:
GM2

v
esc
c
2
R
R
Sch
• Raio de Schwarschild:
2GM
RSch 
c2
Quando v=c, temos um Buraco
Negro.
Terra = 9 mm.
Sol = 3 km;
BURACOS NEGROS
Como se formam? Depende do tipo:
1) Estelares: final da vida de estrelas massivas:
explosão como supernova
Exemplo: Sistema binário SS433
Concepção artística de SS433 de observações
com o satélite Chandra de Raios-X em Jan. 2004
2) Buracos negros de massa intermediária:
associados a aglomerados de estrelas
Maillard (IRS13, Nov.
2004), em imagens
de ótica adaptativa
com
Telescópio
Gemini:
BN
de
massa 1300 MSol
próximo ao centro
da Via Láctea.
3) Buracos negros supermassivos:
No centro das
galáxias, com massas
de milhões a bilhões
de vezes a massa do
Sol.
Exemplo: galáxia
ativa (rádio-galáxia)
Centaurus A (BN de
100 Milhões de
massas Solares)
Fonte de Energia das estrelas
Porque BN’s são necessários?
• Quasares emitem
3.3x1046 ergs s-1
• Em 108 anos: 1062
ergs = 1011 SN’s
(energia nuclear)
• Precisaríamos a
energia da explosão
de todas as estrelas
de uma galáxia como
supernovas: isto não
se observa!
A Energia dos AGNs
Energia nuclear EN=0.007mc2=6.31018 ergs para m=1g; numa
estrela, fusão nuclear ocorre com 10% da massa;
1062ergs= 6.3 1018 ergs/g 0.1  21033g/estrela  1011estrelas (M da
Via Láctea)
Energia gravitacional EG=GMm/R; para m=1g:
EG (Sol)=2x1015ergs; EG (Anã branca)=1017ergs;
Mas para objetos compactos (Estrela de nêutrons ou BN):
EG (BN)=1020 ergs/g;
1062ergs=1020 ergs/g 21033g/estrela  5 108estrelas
A Energia dos AGNs
A energia dos AGNs vem da acreção de matéria ao
Buraco Negro central: transformação de energia
potencial gravitacional em energia radiativa +
cinética dos jatos
A acreção se dá através de um “disco de acreção”,
que se forma para conservação do momentum
angular
Paradigma atual dos Núcleos Ativos de
Galáxias
• Luminosidade dos AGNs: transformação da taxa de
energia potencial da matéria acretada em potência
G
M
m
E
radiativa e jatos!
R
G
1
0
G
M
G
M
m2
R5
R

E
c
S
c
h
G
2
c
1
0
G
M
E
0
.1
m
c2
G
• Agente da transformação: disco de acreção!
Calculando a Massa dos BN’s
•Se há um BN no centro de uma galáxia, uma
massa m (estrelas ou gás) obedece ao teorema
do Virial:
GMm
Rv
2T  U  0  mv 
M 
R
G
2
2
onde M=massa do BN; v=velocidade da massa
m ; R=raio de sua órbita.
Procurando BN’s em galáxias
A gravidade do BN atrai partículas de gás e poeira a sua volta
“Dieta” do Buraco Negro
Procurando BN’s no universo
Flares– Sagitarius A
Procurando BN’s em galáxias
•Raio de influência do BN:
R
GM
2
onde =dispersão de velocidades das estrelas na galáxia 200 km/s
Para M=108Mo, R 10 pc=33 anos-luz na galáxia.
•Galáxias mais próximas: 2-4 Mpc (6-12 milhões de a.-l.)  33 a.l.
~ 1 segundo de arco (difícil entes da década de 90);
• Telescópio Espacial Hubble (HST): tornou possível resolver raio
de influência do BN (‘resolução angular de 0.1”);
Evidências Observacionais de BNs supermassivos
em galáxias ativas
•
•Discos de gás girando a altas velocidades;
•Geração de jatos e radiação colimada por
estrutura com simetria cilíndrica
•Energia emitida
Evidências Observacionais de BNs supermassivos
em galáxias ativas
Movimentos
extremos em
direção ao centro
de NGC 1097
Fathi et al., 2006 (Rogemar e Thaisa)
Buracos negros no núcleo de todas as galáxias?
Ferrarese and Merrit (2000) e Gebhardt et al. (2000) encontraram que massa do
BN é proporcional à massa do bojo sempre que há bojo há BN? Parece que
sim, inclusive na Via-Láctea !
Buracos negros no núcleo de todas as galáxias?
Fig BN propto massa bojo
Sagitários A – BN no centro da Via Láctea
BN de 3.6 Milhões
de Massas Solares
Sagitários A – BN no centro da Via Láctea
Conseqüência da presença de um BN no centro de
uma galáxia, uma vez que todas parecem ter um
•Para densidades típica de
estrelas no centro das galáxias:
ocorre 1 BN a cada 10.000 anos
•Quando uma estrela chegar a
uma distância menor do que o
raio de maré rT será destruída;
• Parte da matéria será capturada
formando um disco ou anel que
fica orbitando o BN até ser
engolida por ele (Rees 1988).
Os buracos negros podem crescer?
Instrumentos necessários para estudar estes
objetos
Telescópio SOAR
Tecnologia: instrumentos utilizados nas observações:
CTIO 4m
Gemini 8m
Satélite Chandra de raios-X
(Tamanho:~13.5m)
SPITZER
Modelling
results
Telescópio
Espacial
Hubble:
Futuro: Novo Telescópio Espacial (2010):
James Webb Space Telescope
Espelho de 6m e blindagem do Sol; órbita no ponto de Lagrange L2
Giant (30m) Segmented Mirror Telescope
(NOAO & Gemini)